專利名稱：通過將測量儀系統完全集成到機器控制中進行加工參數的自動控制的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及機器控制(machine control)。更具體地，本發明涉及通過將測量儀(gage)系統集成到機器控制中來自動控制加工參數的系統。
背景技術：
在此通過參考將Hoth等在2006年9月5日提交名為“AutomaticBore Size Control By completely Integrating An Air Gage SystemInto The Machine Control，， 的美國臨時申請No. 60/842，319的全部內容并入。利用來自在機器周期結束后立即測量加工特征的測量系統的信息反饋可以改進機器的控制處理。這個原理特別適用于加工處理，例如珩磨工件的孔。該信息用于補償或偏置控制珩磨或其它加工操作的現有參數。這可以針對處理中或處理后測量進行。處理中測量涉及在機器周期期間確定或測量加工參數。在珩磨中，處理中測量典型地通過在珩磨機器周期期間測量孔來實現，并且可以利用合并到珩磨工具中的測量儀能力。使用這種方法，機器監控實際的測量儀測量以知道何時結束機器周期。當以這種方式珩磨時，周期的所有方面、特別是涉及珩磨工具的進給系統(feed system)的方面，由測量儀讀數來控制。目前，當以這種方式使用測量儀時，在進行測量的時間與機器控制可以讀取測量值的時間之間會有一個時間段或等待時間，這個等待時間通常是不期望的，因為它使得珩磨處理變慢。處理后測量通常涉及在機器周期結束之后測量孔或其它加工特征。測量儀控制系統會獲取孔測量值，然后處理數據以確定是否需要進行補償。這一信息然后傳送到機器控制系統，該機器控制系統通常會在下一機器周期開始時進行必要的調整。#測丨量儀系統與現有和,器通過接口連接通常，已知的采用處理中或處理后測量的機器會利用硬連線到現有機器的單獨的測量系統來這樣做。一個在機器上而另一個在測量系統上的兩個控制器會通過某種類型的電氣裝置(例如分立的1/0線路或串行總線)來進行通信。在某些情況下，測量系統甚至可以控制各種電動機或其它定位型裝置來將測量儀放置在適當位置上以進行測量，例如將空氣探頭(air probe)安置在孔中。具有作為與機器分離的單元的測量儀系統的一個優點在于它可以在機器已經構建并且可以運轉之后被合并到機器中。機器的初始設計不必考慮它需要與測量系統通過接口連接。這種類型的機器/測量儀系統的一個缺點在于等待時間(即，數據從測量控制系統反饋到機器控制系統所花費的時間)以及處理時間。由外部測量系統發送到機器的信息通常會在時間上滯后太多而不能用于控制處理中測量操作或者動態顯示數據。另一缺點會是用于實現附加測量系統的成本和時間。在機器不具有用于與測量儀系統通過接口連接的現有裝置的情況下會尤其如此。除了需要兩個控制系統之間的通信方法之外，為了安全起見還會需要物理硬件連接。一個實例是目前用在所有計算機控制機器上的緊急停止電路。 當按下緊急停止按鈕時，故障狀態存在，并且所有機器運動立即停止。在某些情況下，可能各種加工部件將由一個或兩個系統控制，因此在另一個處于故障狀態下時兩個系統必須通信以停止所有運動。另外，當采用分離的機器和測量控制時，會存在對于將兩個不同控制系統連接在一起來說固有的冗余。由于兩個系統都會需要電力，非常可行的是每個系統都具有其自己的電源，包括用于電源電路的安全裝置。兩個系統都會具有其自己的顯示器和控制器。結果，操作者將不得不學習操作兩個不同的系統。所有這些事情都需要時間和金錢來設計和施行。將某些空氣測量集成到機器中可能非常復雜，涉及大量線纜和連接。系統越復雜，它就變得越不可靠。因此，尋求的是將測量系統集成到機器控制中的能力，其為加工操作、特別是珩磨操作提供處理中和/或處理后測量的一個或更多優點，并且其克服了上述一個或多個缺點和不足。
發明內容
本申請公開了一種集成的測量系統和機器控制，其為加工操作、特別是珩磨操作提供了處理中和/或處理后測量的一個或更多優點，并且其克服了上述一個或多個缺點和不足，特別是關于等待時間和復雜性。將測量儀控制集成到機器控制中根據本發明的一個優選方面，將“現貨供應的”測量儀系統添加到現有機器的困難和缺點被減少或消除。不是將氣動測量儀系統物理連接到現有機器，而是將測量系統集成到機器設計中。換言之，機器控制和測量儀控制二者駐留在相同的控制器中，并且通過單個接口或顯示器來操作。機器控制與測量儀控制之間的所有通信在相同控制器上通過采用通信協議的軟件和共享存儲器來進行。并且，根據本發明集成到機器設計中的測量儀控制系統可以采用現有的測量儀處理和質量控制軟件。這消除了由將測量儀系統添加(而不是集成)到機器中(包括將氣動測量儀系統添加到珩磨機器中)所引起的所有缺點。由于所有數據通過相同控制器上共享的存儲器從測量儀控制直接反饋回機器控制，減少了等待時間，從而允許對測量儀數據的改變立即響應，并且動態顯示測量儀讀數是可能的。集成的成本和時間大大減少，因為當將測量系統集成到實際機器設計中時，像電源、安全電路之類的硬連線連接，以及與分離的測量系統的通信幾乎都被消除。由于降低的復雜性，與具有兩個分離的控制系統相比，一個總體系統可能更可靠。另外，系統的較低成本和復雜性也歸因于僅存在一個操作者將使用其來操作機器的顯示器和控制器。通過附加部件的減少，也將很可能減少占地面積。
結合機器和測量儀功能的控制，消除了具有專用于提供機器控制系統與測量儀控制系統之間通信的冗余部件或硬件的需求。在本發明中，集成的一個重要方面是機器控制與測量儀控制包(package)之間的通信。在兩個包之間建立協議，并允許數據傳輸和控制功能的同步。協議能夠以任何數目的方式實現，并且不限于共享存儲器或套接字接口 (sockets interface)0作為另一優點，在一個控制器上具有兩個系統提供了將附加的控制系統集成到機器中的機會。除了測量儀系統之外，可以容易地添加像統計過程控制(SPC)的其它相關控制系統。根據機器控制的類型，像文字處理和數據分析軟件的其它常用軟件包也可以被安裝和集成到機器控制中以輔助機器的操作。
圖1是示出根據本發明的包括采用集成機器控制和測量儀控制的控制器的機床的示意圖；圖2是包括本發明的集成機器控制和測量儀控制的、圖1的機床的硬件方面的簡化示意圖；圖3是示出根據本發明的集成機器控制和測量儀控制的功能方面之間的關系的框圖；圖4是示出根據本發明的用于處理中測量的集成機器控制和測量儀控制的操作的步驟的高階(high-level)流程圖；以及圖5是示出根據本發明的用于處理后測量的集成機器控制和測量儀控制的操作的步驟的另一高階流程圖。
具體實施例方式現在參考附圖，其示出了根據本發明構建并且可以運轉的集成機器控制和測量儀控制的優選實施例的方面。在圖1中，示出了機床10，其意圖作為根據本發明的其中可以集成機器控制和測量儀控制的多種機器的代表。機床10特別是代表這樣的珩磨機器，其具有工具柱(tool column) 12或用于支持和操作用于在工件中珩磨孔(例如工件18中的孔16)的珩磨工具 14的公知的構造和操作。通常，在典型的珩磨處理期間，圓柱形工具14被安置于工件的孔中，圓柱形工具14具有包含徑向可擴展的外部元件的外表面，該元件攜帶一層研磨劑。該工具圍繞其軸旋轉并在孔內徑向擴展以向其施加壓力，同時以公知的方式在其之間實行往復運動(如相鄰的垂直箭頭所示)以用于研磨孔表面的材料或原料(stock)，以便將孔珩磨或拋光到期望大小和表面特性。珩磨機器的代表性珩磨工具柱的相關方面的構造和操作的更完整的描述包含在共同待決的Cloutier等人的名為“Honing Feed System Having Full Control ofFeed Force, Rate and Position” 的美國專利申請 No. 11/596，836 中，在此通過引用并入其全部公開內容。也參考圖2，四個工件18被例示為在圍繞旋轉分度工作臺M的頂表面22的等間距位置處分別由相同數目的夾具20夾持。工作臺M是市場可購買的裝置，其通過分度驅動器26可以圍繞其中心可控地旋轉，如圖1的箭頭所示，從而使得能夠以公知的方式選擇性地將工件18單獨安置在預定分度位置處，其孔16位于工具14下方。機床10另外包括在第二分度位置處與旋轉分度工作臺M相鄰設置的測量儀柱觀，如圖1所示(對于圖2的前視圖而言測量儀柱觀被例示為繞工作臺旋轉)。測量儀柱 28也具有公知的構造和操作，并被例示為氣動測量儀，包括在第二分度位置處可插入工件 18的孔16中的空氣探頭30，用于測量孔的大小以及可選的一個或多個其它特性，例如但不限于平直度、形狀、輪廓和關于其中心軸的中心性。優選地，探頭運動傳統地受伺服控制， 即，是垂直可移動的，如所附箭頭所示，以使測量可以在沿著孔長度方向上的一個或多個位置處進行，并且測量儀柱觀能夠用于輸出代表測量值的一個信號或多個信號以供機床10 使用，如將要說明的。機床10包括基于處理器的控制器32，其優選使用工業PC體系結構，具有CPU，該 CPU以公知的方式被連接以經由合適的接口(即，能夠插入控制器32的插槽中的接口卡、 適當的驅動器)操作性地控制工具柱12、旋轉分度工作臺M的分度驅動器沈和測量儀柱 28以及加工和測量過程中使用的其它伺服裝置，并且經由傳導路徑34(例如，線束的導線、 單獨的或成束的線纜、或者無線網絡)連接到相應設備。測量儀柱觀的傳感器也以公知的方式經由適當的接口(即，插入卡等)和傳導路徑(即，導線34)適當地連接到控制器CPU。 測量儀的其它傳感器(如果使用的話)也能夠以這種或其它適當方式連接到控制器32。控制器32、工具柱12、驅動器沈和測量儀柱觀還經由適當的傳導路徑34(例如導線等)連接到適當的電源36，用于從其接收電力，例如調節的線電壓。也參照圖3，控制器32的系統體系結構使用傳統的控制總線(由箭頭38表示) 在CPU和其它裝置之間進行通信，這里的其它裝置包括加工和測量儀設備及其它機器伺服裝置以及連接到輸入和顯示裝置40的操作者接口，該輸入和顯示裝置40可以是例如傳統 CRT或平板顯示器，其具有觸摸屏功能和/或專用開關、鍵盤等。控制器32被配置并可操作為多任務，包括同時運行若干軟件程序，包括機器控制程序和測量控制程序，這兩種程序都可以是私有的或第三方供應的。這些程序采用共享存儲器(由箭頭42表示)來使得程序在運行的同時能夠經由共享存儲器(即，CPU的RAM的一部分)彼此訪問數據。這是有利的，因為它有助于測量儀程序的所選數據、特別是新近捕獲的測量儀測量數據(以及較舊數據)基本上一被存儲在共享存儲器42中就能夠由機器控制程序訪問，且存儲在共享存儲器42中的所選的機器控制數據(例如，運行狀態數據、位置數據)對于測量儀控制程序是直接和立即可用的，而無需通過硬連線的接口或連接(即，控制總線38或數據總線、或者其它可能的較慢通信路徑)來傳輸，從而使得程序可以無延遲地使用其它程序的數據，因而這極大地減少了如上所述的其它控制方法所普遍的等待時間。圖3圖示了控制器32可以同時執行的操作或處理，以例示由采用共享存儲器42 的本發明系統所獲得的運行速度上的優點。具體地，控制器32可操作以運行測量程序，該程序可以包括例如孔尺寸測量處理，用于確定作為來自測量儀柱的傳感器的輸入(在接收到該數據時)以及其它信息的函數的、由測量儀柱觀的探頭測量的孔的尺寸和其它特性。 同時，例如，以文本和/或圖形的形式輸出所選擇的數據，并通過顯示裝置40顯示該數據。 同時，來自該處理的所選數據還被存儲在共享存儲器42中，并可以由機器控制基本上立即訪問，以用于例如與孔尺寸測量處理同時運行的珩磨處理中。作為另一實例，如果機器控制正在運行伺服或其它設備，例如在運行測量儀柱28以將空氣探頭30降低到位于其下的工件的孔中，則該位置信息可以存儲在共享存儲器42中，并可以由例如測量儀控制器立即和直接地訪問，從而使得其能夠在適當的時間收集傳感器數據，或者將傳感器數據與位置數據(例如探頭在工件孔中的位置)準確地關聯。作為再一實例，先前珩磨的工件的孔尺寸數據可以由測量程序確定并存儲在共享存儲器42中，以供機器控制程序立即使用來調整珩磨參數，例如進給系統位置和/或進給力、行程速度、停留時間(dwell time)等，用于補償工具磨損、校正缺陷和/或對目標孔施加特定的期望特性。這也使得能夠更快地實現操作者輸入，例如期望的孔校正參數。此外，共享存儲器42可以被配置為允許由其它程序 (例如但不限于統計過程控制程序)訪問和進行數據收集，所述其它程序也可以由控制器 32運行。現在參照圖4和圖5，其分別示出了流程圖44和46，用于例示處理中測量例程和處理后測量例程的代表性步驟。特別參考圖4的流程圖44，在計算工具補償值之后，利用來自測量儀周期的共享存儲器中的數據執行機器和測量儀周期。在該例程中，在用于在某種程度上珩磨工件或部件的一個機器周期之后，該部件作為測量儀周期的部件而被測量。測量儀周期通過測量儀進行測量，并且只有當來自測量儀周期的共享數據指示該工件或部件已經被珩磨的令人滿意時，才結束機器周期。否則，機器控制再次運行機器周期，并且必要時重復上述循環，直到令人滿意的測量儀數據出現。當結束機器周期時，機器控制將利用測量儀數據來計算新的工具補償值。該數據也可以用于其它目的，例如統計過程控制。更特別地參考圖5的流程圖46，在由機器控制基于來自先前測量儀周期的共享存儲器中的數據進行的工具補償值的計算之后，由機器控制開始機器周期。在結束機器周期之后，機器控制將工件或部件移動到測量儀。對于機器10，這將涉及分度工作臺M將該部件安置在測量儀柱下方。然后由測量儀控制啟動測量儀周期，通過機器控制，測量儀探頭被移動到該部件的孔中。進行測量儀周期，并當其結束時，測量儀控制處理數據，該數據由機器控制使用來計算新的工具補償值。因此，很明顯，在這里例示的上述步驟可以利用共享數據進行，其方式便利，消除了其它控制方法中被發現成問題的大量等待時間。此外，該優點是使用簡化的設備實現的，該簡化的設備包括由單個電源可操作的單個控制器，并且其可以與單個I/O裝置(例如觸摸屏等)進行接口連接。應該理解，在閱讀本申請公開的內容時，本領域技術人員將會想到并可以做出在本發明的原理和范圍內的、在已經被描述和例示以解釋本發明實質的部分的細節、材料、步驟和布置上的變化。前述說明例示了本發明的優選實施例，但在不脫離本發明范圍的情況下基于本說明書的概念可以在其它實施例中采用。因而，隨后的權利要求意圖寬泛地保護本發明以及所示的具體形式。
權利要求
1.一種機器控制器，包括用于運行機器控制和測量儀控制的裝置，所述機器控制自動控制用于至少部分作為與工件的參數相關的數據的函數來對該工件進行加工處理的設備，所述測量儀控制用于自動控制測量儀設備以收集并處理與工件的參數相關的所述數據；用于通過套接字接口在所述機器控制與所述測量儀控制之間建立通信并允許數據傳輸和同步的裝置，從而允許所述機器控制立即使用所傳輸的與所述工件的參數相關的數據。
2.如權利要求1所述的機器控制器，其中所述機器控制可自動運行以傳輸與至少一個機器參數相關的數據，從而允許所述數據由所述測量儀控制立即使用。
3.如權利要求1所述的機器控制器，其中所述用于進行加工處理的設備包括可操作以珩磨所述工件的孔的珩磨機器。
4.如權利要求3所述的機器控制器，其中與所述工件的參數相關的數據包括與所述工件的孔的尺寸相關的數據。
5.如權利要求3所述的機器控制器，其中與所述工件的參數相關的數據包括與所述工件的孔的形狀相關的數據。
6.如權利要求1所述的機器控制器，其中所述用于運行機器控制和測量儀控制的裝置被配置為使用所傳輸的數據同時運行所述機器控制和所述測量儀控制。
7.如權利要求1所述的機器控制器，包括所述測量儀設備，其中所述用于進行加工處理的設備包括可操作以珩磨所述工件的孔的珩磨機器，并且其中所述測量儀設備包括氣動測量儀柱，該氣動測量儀柱包含與所述控制器通過接口連接的傳感器，用于向所述控制器輸出代表所述工件的孔的參數的數據以供所述測量儀控制使用。
8.一種珩磨機器控制器，包括用于運行機器控制和測量儀控制的裝置，所述機器控制自動控制用于至少部分作為與工件的孔的參數相關的數據的函數來對該工件進行珩磨處理的設備，所述測量儀控制用于自動控制測量儀設備以收集并處理與該孔的參數相關的數據；用于通過套接字接口在所述機器控制與所述測量儀控制之間建立通信并允許數據傳輸和同步的裝置，從而允許所述機器控制立即使用所傳輸的與該孔的參數相關的數據。
9.如權利要求8所述的珩磨機器控制器，其中所述機器控制可自動運行以傳輸與至少一個機器參數相關的數據，從而允許所述數據由所述測量儀控制立即使用。
10.如權利要求8所述的珩磨機器控制器，包括所述測量儀設備，并且其中所述測量儀設備包括氣動測量儀柱，該氣動測量儀柱包含與所述控制器通過接口連接的傳感器，用于向所述控制器輸出代表所述工件的孔的參數的數據以供所述測量儀控制使用。
11.如權利要求8所述的珩磨機器控制器，其中與該孔的參數相關的數據包括與所述孔的尺寸相關的數據。
12.如權利要求8所述的珩磨機器控制器，其中與該孔的參數相關的數據包括與所述孔的形狀相關的數據。
13.如權利要求8所述的珩磨機器控制器，其中所述用于運行機器控制和測量儀控制的裝置被配置為使用所傳輸的數據同時運行所述機器控制和所述測量儀控制。
全文摘要
本公開涉及通過將測量儀系統完全集成到機器控制中進行加工參數的自動控制。一種機器控制器，包括存儲器和處理器，該處理器被配置為運行機器控制和測量儀控制，機器控制自動控制用于至少部分作為與工件的參數相關的數據的函數地對該工件進行加工處理的設備，測量儀控制用于自動控制測量設備，以收集并處理與工件的參數相關的數據。允許機器控制立即使用與工件的參數相關的數據。控制器具有用于控制珩磨處理和測量處理的特定用途，其可以是處理中的或處理后的，并且可以用于孔尺寸測量和其它參數。
文檔編號G05B19/401GK102279586SQ20111015119
公開日2011年12月14日 申請日期2007年9月5日 優先權日2006年9月5日
發明者C·A·米克, R·L·雅克布斯梅耶爾, T·P·豪斯 申請人:森南產品公司